[发明专利]一种基于Ease-off螺旋锥齿轮齿面自由修形方法

说明书

本发明公开了一种基于Ease‑off螺旋锥齿轮齿面自由修形方法，涉及齿轮技术领域，具体涉及高性能螺旋锥齿轮齿面设计方法。根据齿间间隙与齿面法向间隙产生原理，进行自由Ease‑off曲面设计，并与共轭齿面叠加表示小轮修形齿面；结合TCA、LTCA方法，获得修形齿面的承载传动误差幅值(ALTE)及最大法向载荷，并以此最小为优化目标，获得Ease‑off曲面参数及其与小轮理论齿面的法向差曲面；并分析齿面间隙决定的齿轮副实际重合度与ALTE的关系。该方法保证强度的同时从根本上改善了齿轮副动态啮合性能，可直接对齿面进行任意自由修形设计与分析，为高性能齿面设计及切齿参数的反求提供了方法。

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，具体涉及高性能螺旋锥齿轮齿面自由修形设计方法。

背景技术

螺旋锥齿轮具有重合度高、承载能力高等优点，其广泛应用于航空、航海、车辆等相交或相错轴齿轮传动系统，其齿面方程复杂，加工工艺难度大。受安装误差与变形的影响，易出现齿面边缘应力集中现象，影响齿轮副疲劳寿命，实际加工均采取齿面修形。在齿面设计中，主要通过齿面接触分析(Tooth Contact Analysis，TCA)及齿面承载接触分析(Loaded Tooth Contact Analysis,LTCA)技术获得轮齿几何传动误差、齿面印痕及承载传动误差(Loaded Transmission Error,LTE)及载荷来控制齿面接触质量及传动动态性能。传统的齿面设计、加工方法集中于修正摇台型机床运动参数的抛物线传动误差齿面，有效地解决了齿面边缘应力集中问题，但造成了齿轮副失配量过大，不能从根本上改善齿轮副动态啮合特性。为了合理控制齿面失配量，一种新颖的Ease-off齿面拓扑修正技术，即相对共轭齿面的修形技术，已成为螺旋锥齿轮齿面设计与加工的研究热点，目前，该修形方法主要是通过修正摇台型机床加工参数，获得Ease-off修形曲面，再结合轻载下TCA方法进行接触区域匹配验证，无法实现任意自由Ease-off修形齿面的设计，也不能反映受载工况下齿轮副的啮合性能。为了解决上述技术问题，特提出一种新的技术方案。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足，提出一种基于Ease-off的螺旋锥齿轮齿面自由修形设计方法，以期待在较小的适配量下即满足强度的同时更好的改善齿轮副动态啮合性能。相对目前的修形方法，可直接对齿面进行任意自由修形设计与分析，为高性能齿面设计及切齿参数的反求奠定了理论基础。

本发明采用的技术方案为：根据啮合原理，推导与大轮完全共轭的小轮齿面，根据齿间间隙与齿面法向间隙产生原理进行自由Ease-off曲面设计，并与共轭齿面叠加表示小轮修形齿面。结合TCA、LTCA方法，优化承载传动误差幅值(Amplitude of LoadedTransmission Error,ALTE)最小，获得最优目标修形齿面及其与小轮理论齿面的法向差曲面；并分析齿面法向间隙和齿间间隙决定齿轮副实际重合度与承载传动误差幅值的关系。

一种螺旋锥齿轮齿面自有修形设计方法，包括以下步骤：

步骤1：与大轮完全共轭的小轮齿轮齿面表达。小轮齿面与大轮齿面啮合时完全共轭，传动比等于齿轮副的名义传动比，则大轮啮合转角θ₂和小轮啮合转角θ₁的关系：

θ₂＝z₁/z₂(θ₁-θ₁₀)+θ₂₀                           (1)

式中θ₁₀，θ₂₀为设计参考点处的大、小轮啮合转角；z₁和z₂分别为小轮和大轮齿数。将大轮齿面视为假想齿轮刀具，基于空间啮合理论和坐标变换，转化到小轮齿面坐标系中，完全共轭的小轮齿面位矢r₁₀、法矢n₁₀分别为：